Redis线程IO模型的秘密知多少

在前面事务里面讲过Redis是一个单线程应用程序，当然我们比较有代表性的单线程还有Node.js、Nginx等。

那么既然是单线程的为什么还这么快呢？

Redis的数据都在内存里面，所有的运算都是内存级别，处理数据是非常快速的，所以这里得注意一些复杂度为O(n)的指令，可能会导致服务器卡顿。

那么Redis是一个单线程是如何处理并发客户端的连接呢？

这就是接下来要讲的非阻塞IO、多路复用和事件轮询API。

非阻塞IO

那什么是阻塞IO模型？即在读写数据过程中会发生阻塞现象。

当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除block状态。

####阻塞IO模型，如果数据没有就绪，就会一直阻塞在read方法。data = socket.read();

非阻塞IO

当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果，不管你有没有发送进来，会立即执行下一行代码。如果结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。

非阻塞IO有个问题，那就是线程要读数据，结果读了一部分就返回了，那么线程如何知道何时才应该继续读，也就是说，当数据到来时，线程如何得到通知。写也是一样，如果缓冲区满了，写不完，剩下的数据何时才应该继续写，线程也应该得到通知。那么事件轮询API就是解决这个问题。

多路复用（事件轮询）

最简单的事件轮询API是select函数，它是操作系统提供给用户程序的API。输入是读写描述符列表read_fds&write_fds，输出是与之对应的可读可写事件。同时还提供了一个timeout参数，如果没有任何事件到来，那么就最多等待timeout的值的时间，线程处于阻塞状态。一旦期间有任何事件到来，就可以立即返回。时间过了之后还是没有任何事件到来，也会主即返回。

因为我们通过select系统调用同时处理多个通道描述待的读写事件，因此我们将这类系统调用称为多路复用API。现代操作系统的多路复用API已经不再使用select系统调用，而改用epoll（linux）和kqueue(FreeBSD）和（macosx），因为select系统调用的性能在描述符特别多时会变得非常差。它们使用起来可能在形式上略有差异，但是本质上都是差不多的，都可以使用上面的伪代码逻辑进行理解。

指令队列

Redis会将每个客户端套接字都关联一个指令队列。客户端的指令通过队列来排队进行顺序处理，先到先服务。

响应队列

Redis同样也会为每个客户端套接字关联一个晌应队列。Redis服务器通过响应队列来将指令的返回结果回复给客户端。

如果队列为空，那么意昧着连接暂时处于空闲状态，不需要去获取写事件，也就是可以将当前的客户端描述符从write_fds里面移出来。等到队列有数据了，再将描述符放进去，避免select系统调用立即返回写事件，结果发现没什么数据可以写，出现这种情况的线程会令CPU消耗飘升。

定时任务

服务器除了要响应IO事件外，还要处理其他事情。比如定时任务就是非常重要的一件事。如果线程阻塞在select系统调用上，定时任务将无法得到准时调度。那Redis是如何解决这个问题的呢？
Redis的定时任务会记录在一个被称为“最小堆”的数据结构中。在这个堆中，
最快要执行的任务排在堆的最上方。在每个循环周期里，Redis都会对最小堆里面已经到时间点的任务进行处理。处理完毕后，将最快要执行的任务还需要的时间记录下来，这个时间就是select系统调用的timeout参数。因为Redis知道未来timeout的值的时间内，没有其他定时任务需要处理，所以可以安心睡眠 timeout 的值的时间。

Nginx和Node的事件处理原理和Redis也是类似的。

一名正在抢救的coder

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